浅谈中波发射台综合防雷接地措施

郁琨　刘鹏昭

【摘要】     中波天线作为发射台周边唯一高耸建筑物，雷雨天气极易遭受雷击，造成天调网络和发射机损坏而影响安全播出。本文介绍了多种防雷措施和接地系统改造方法，保障雷雨天气下中波发射台设备、设施的安全稳定运行。

【关键词】    中波天线    发射机    防雷措施

引言：

中波发射台一般位于地势平坦开阔的城市郊区，由于附近高层建筑较少，中波天线作为周边唯一高耸建筑物，夏季雷雨天气极易遭受雷击，雷电电流可能通过天线、馈线、供电线路、通信线缆等多种途径引入发射机房，导致天调网络、发射机及机房电子设备遭雷击损坏造成长时间停播。为确保雷雨天气下的安全播出，减少停播率，必须做好中波发射台的防雷保护工作。

一、雷电的危害

雷电是危及人身生命安全和设备稳定运行的一种云层自然放电现象，每年由于雷电原因直接或间接引起的人员伤亡、设备设施损毁事件不计其数。从雷电造成的危害情况来分，主要分为直击雷、感应雷和雷电波等三种情况，其破坏方式包括热效应、机械力和电磁力。

1.1直击雷

直击雷是云层与地面突出物体之间直接放电形成的，当雷云同地面突出物体之间的电场强度达到空气的击穿强度时，地面突出物体就成为雷电的泄放通道，它们之间发生的自然放电现象被称为直击雷。其特点是在瞬间（通常只有几微秒到几百微妙）可以产生非常大的能量，并通过机械振动和高温高热的方式使地面突出物体遭受严重破坏，当雷电流通过各类电器设备的时候，就会破坏电器设备的绝缘、引起火花、造成电器设备燃烧或者爆炸等，从而造成电器设备的彻底损毁。

1.2感应雷

静电感应与电磁感应等两种现象均会导致感应雷的形成。静电感应是指带电雷云在接近地面的时候，地面金属导体会因为静电感应而产生大量的异性电荷，等到雷云放电结束后，金属导体所束缚的异性电荷被释放成为自由电荷，会形成很高的感应电压，导致金属导体放电引起电器设备损坏。电磁感应是指在发生雷击的时候，雷电流会在附近空间中形成不断变化的强大感应电磁场，通过电磁感应效应使附近的金属导体和电器设备上产生很大的感应电流，从而损坏电器设备内部的各类电子元件。

1.3雷电波

雷电波是指直击雷或感应雷的雷电流通过输电线路、通信电缆等架空金属线路进行迅速传播的雷电冲击波，雷电波沿着输电线路、通信电缆侵入与其连接的各种通信电子设备，并造成严重破坏。

二、防雷措施

目前，由于电子通信技术的高速发展，各类广播电视设备大量采用集成电路，设备精密度高、抗雷击性能差，给发射台的防雷保护工作带来困难，也对防雷措施提出了更高的要求。为解决雷电对安全播出的影响，需对中波发射台天馈线系统、卫星信号接收系统、供配电系统进行防雷改造，并降低中波天线底部和发射机房接地系统的接地电阻。

2.1天线的防雷

中波天线是底部绝缘天线，其对雷电的泄放能力是所有天线中最差的，雷电能量的组成主要包括低频分量和直流分量，其中雷电的低频分量主要靠天线底部金属放电球完成雷电泄放，放电球间距太小会导致中波天线瞬时短路引起发射机故障，放电球间距太大又降低中波天线的避雷能力。因此，在调整天线塔底放电球间距时，要根据发射功率、天线底部输入阻抗、调配网络匹配结果、当地雷电强度等数据进行理论计算和经验分析，精准计算放电球的间距，并将其科学合理的调整至最佳状态，这样放电球才能具备良好有效的防雷效果。检修人员要把对放电球的日常检修维护纳入日常巡视规定动作，当发现放电球表面有附着物、出现打火或者锈蚀痕迹时要及时处理，用砂纸打磨放电球表面，使其始终保持清洁干净和平整光滑。天线底部放电装置如图1所示。

2.2天調网络的防雷

1.石墨放电装置

除了安装于中波天线基部原有的金属放电球以外，在天线与天调网络之间还要并联一对圆柱形的石墨放电球，他们之间的间距同样也可以调整。石墨放电球具备很好的放电特性，通过对石墨放电球的间距进行科学合理的调整，可以使其防雷效果达到最佳，同时在连接石墨放电球的接地铜棒上嵌套了几十个小磁环，目的是在中波天线遭遇雷击的时候，可以通过提高发射机的高频短路阻抗，泄放电流，缓冲雷电，对发射机起到很好的保护作用，如图2所示。

2.豪亨级泄放线圈

雷电能量的构成主要包括低频和直流分量，在中波天线和天调网络之间并联一个豪亨级静电泄放线圈入地，可以给天调网络提供一个对地导通的雷电直流分量泄放通道，尽量选用线径较粗的铜管来制作泄放线圈，这样才能使雷电能量更有效地泄放入地。

3.隔直流电容

在天线和天调网络之间串联一个隔直电容，电容的容量一般在一千pF到三千pF之间。利用电容隔直流、通交流的特性，防止雷电能量的直流分量侵入天调网络，进而通过馈线引入发射机，造成天调网络与发射机损坏。因此尽量选用伏安特性好，耐压值高的电容，才能更有效防止雷电能量侵入天调网络和发射机。

2.3馈线的防雷

在发射机房和天调室两端对固定馈线的钢绞线做好接地处理，发射机输出端和馈线之间增加射频防雷器，主要是针对发射机所采取的防雷保护，用于防止雷电电流通过馈线损坏发射机，射频防雷器距离发射机越近，保护效果越好。

2.4卫星信号接收系统的防雷

在卫星接收天线和卫星接收机之间增加信号防雷器，将通信线路中的雷电电流预先泄放或吸收掉，从而避免雷电电流通过通信线路损坏卫星接收机，确保卫星信号源的安全稳定传输。

2.5供配电系统的防雷

在信号源、自动播控、发射机等各系统设备前端的低压配电柜空开输出端增加电源浪涌保护器，其作用是将供电线路中的雷电能量提前泄放入地，避免雷电电流通过供电回路对机房电子通信设备造成损坏。

三、接地系统改造

大地是一个非常大的电容器，可以吸收无限的电能，将重要的建筑物、设备、线路利用金属物与大地的基准接地体进行连接，可以将导体上存在的雷电电流、静电等泄放入地，从而保证这些设施、设备的安全稳定运行。接地是目前应用最为广泛的防雷保护方法，若接地不良将会造成防雷效果下降，电子通信系统出现干扰等问题。随着电子设备的大规模使用，对接地系统的设计要求也越来越高。

接地不是简单的将地线连接到大地上，而是在一定深度的土壤层中设置导电性很高的装置，该装置需要满足接地环境的要求，金属棒、金属带、金属板或接地井等传统的接地系统只是利用金属导体的导电性将电流泄放入地，其接地电阻往往受到导体腐蚀、土壤湿度、电解质含量等多种综合因素影响，因此很难保证接地电阻值的稳定。离子接地极是纯铜配合热熔焊接技术制造的导电体，其导电和抗腐蚀能力比传统接地体有很大提高，并且离子接地极内部含有离子缓释剂，离子缓释剂能够不断吸收土壤水分产生电解液，提高周围土壤的导电能力。

中波天线与发射机房的接地電阻应当小于1欧姆，可根据发射台的实际情况在中波天线底部和机房外周围均匀交错布置离子接地极和镀铜钢接地极两种垂直接地体。离子接地极的埋设采用先打孔，然后在孔内灌入降阻剂和离子缓释剂，再置入离子接地极的方式，镀铜钢接地极可直接用锤打入地下，然后使用镀铜扁钢将所有离子接地极和镀铜钢接地极焊接在一起，焊接完成后检查每个连接点是否合格，最后回填降阻剂、原土并夯实。

四、结束语

文章分析了雷电对广播电视设施、设备造成的危害，针对中波发射台如何做好防雷保护工作，提出了多种防雷措施和接地系统改造方案，为保障雷雨天气下发射台设备、设施的安全稳定运行提供了参考意见。由于防雷保护是一项综合性很强的工作，在今后的实践工作中需要我们不断探索与改进防雷技术。

参  考  文  献

[1]陈晓卫，全固态中波广播发射机使用与维护[M]，中国广播电视出版社，2002.09，111-113。

[2]中、短波广播发射台设计规范GY/T5034-2015[S]，中广电广播电影电视设计研究院，2015.11，3-13。

[3]刘洋，广播电视高山台站通信线路防雷措施的探索[J]，广播电视信息，2021.03，104-106。